Gagnaöflunarkerfi til að greina skammvinn ljósgeislunarmerki
Samkvæmt einkennum sterks bakgrunns og veiks markmiðs í skammvinnri ljósgeislunarskynjun, hannar þessi grein gagnaöflunarkerfi með FPGA sem kjarna stjórnunar og vinnslu. Kerfið samþykkir bakgrunns- og merkjasíurásir, tveggja þrepa forritastýrða mögnun, sem tryggir í raun gæði merkjaöflunar; á sama tíma samþykkir það tíðnibreytingargeymslu fyrir markmerki, sem dregur verulega úr kröfum um gagnageymslu og sendingu, og tryggir stöðugra öflunarferli. mælingarnákvæmni.
1 Kerfissamsetning og vinnuregla
Gagnaöflunarkerfinu má gróflega skipta í þrjá hluta: forvinnslueininguna, sýnatökugeymslueininguna og FPGA stjórneininguna. Forvinnslueiningin inniheldur myndrafmagnsbreytingartæki, virka síubanka og forritastýrða magnararásir. Blokkskýringarmyndin af öllu kerfinu er sýnd á mynd 1. Ljósrafmagnsbreytingarrásin breytir ljósmerkinu sem kemur inn í kerfið í straummerki í gegnum skynjara og breytir því síðan í spennumerki í gegnum transimpedance rekstrarmagnara. Kerfið hannar tvær síunarrásir: bakgrunnurinn samþykkir lágrásarsíun og merkið samþykkir hárásarsíun. Í upphafsstöðu velur hliðræni rofinn bakgrunnsrásina sjálfgefið og forritanlegur magnari er stilltur á bakgrunnsham. Eftir að bakgrunnsmerkið hefur verið tekið af A/D er það sent til FPGA til samanburðar við þröskuld. Þegar ástand sem er hærra en þröskuldurinn greinist skiptir FPGA um rás hliðræna rofans, rás hárásarsíunnar er valin og rekstrarhamur forritastýrða magnarans er valinn sem merkjahamur. Samkvæmt einkennum þess að merkið er bratt í upphafi og hægt í lokin, gerir FPGA sér grein fyrir söfnun og geymslu gagna þétt og síðan af skornum skammti með samræmdri stjórn á A/D og FIFO.
2. Vélbúnaðarhönnun gagnaöflunarkerfis
2.1 Forvinnslurás á framstigi
Í ljósauppgötvunarrásinni er ljósnemar beintengdur gæðum kerfisins. Til að draga úr áhrifum framkallaðs straums af völdum rafsegulgeislunar í umhverfinu er tækið hentugur fyrir keramikumbúðir. Að auki ætti ljósnæm svæði skynjarans ekki að vera of stórt, annars munu breytur eins og dökkur straumur, rýmd tengis og hækkunartími aukast, sem mun hafa áhrif á uppgötvunaráhrifin. Í hönnuninni er S2387 sílikonljósdíóða frá Japan Hamamatsu Company notuð. Skynjarinn hefur einkenni mikils næmni, hröðrar tímasvörunar og stórs hreyfisviðs. Hönnun hringrásarinnar samþykkir núll hlutdrægni, enginn dökkur straumur, díóða hávaði er aðallega hitauppstreymi hávaði sem myndast af shunt viðnám, og það hefur bestu nákvæmni og línuleika. Há- og lágpassasían notar virka síu, sem hefur hraðan viðbragðshraða, góð áhrif síunar á harmonikum og getur virkað jafnað upp hvarfkraft. Dagskrárstýrði magnarinn samanstendur af innbyggðum rekstrarmagnara og hliðrænum rofa. Hliðræna rofanum er stjórnað af FPGA og mismunandi viðnám eru tengd við inntaksstöng rekstrarmagnarans til að stilla styrkinn.
2.2 Sýnatökugeymsluhringrás
Vegna þess að hreyfisvið markmerkisins er mjög stórt (um 80 dB) er nauðsynlegt að velja ADC með breitt hreyfisvið til að átta sig á öflun merksins. Með því að samþykkja 14 b ADC til að taka sýni úr merkjunum með kraftmiklu sviði þar sem amplitude er breytilegt í allt að 4 stærðargráður getur það uppfyllt kröfur um mikla skynjunarnæmi sem krafist er af kerfinu. Hins vegar, þar sem öll A/D umbreytingartæki eru með nákvæmnisvillur, getur notkun hárnákvæmni A/D umbreytingarhluta þar sem lágnákvæmni A/D umbreytingarhlutar dregið úr nákvæmni villum. Þessi hönnun notar 16 bAD976A frá ADI Company. AD976A lítil orkunotkun 16 b í röð nálgun A/D breytir, umbreytingarhraði er 200 KSPS, getur valið innri eða ytri 2,5 V viðmiðunaraflgjafa. AD976 gerir 16 b kleift að gefa út samhliða í einu og getur gefið út í formi tveggja 8 b. Til að vista pinna í hönnuninni eru tvöfaldir 8 b úttakir notaðir.
Til að tryggja nákvæma sendingu gagna á milli mismunandi klukkuléna notar skyndiminni gagna ósamstilltur FIFO. Ósamstilltur FIFO hefur einkenni háhraða og góðan áreiðanleika og getur komið í veg fyrir rangar sýnatökur á gögnum vegna fasamunar á mismunandi klukkum. IDT7204 sem notað var í hönnuninni er 4 096 × 9 b CMOS tvöfaldur-port minni skyndiminni flís í IDT72XX röð. Innri les- og skrifabendingar eru lesnir og skrifaðir á grundvelli fyrst inn, fyrst út, og ritklukkan W og lesklukkan R eru til staðar að utan; fullur fáninn () og tómur fáninn () stjórna gagnaflæði og tómum lestri og skrifa þegar uppgerð minni er fullt. Það getur auðveldlega stækkað hvaða orð sem er og lengd orða.
